DE4202953C2

DE4202953C2 - Sägeblatt

Info

Publication number: DE4202953C2
Application number: DE19924202953
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Hellstern
Original assignee: Sternplastic Hellstern & GmbH
Current assignee: Sternplastic Hellstern & GmbH
Priority date: 1992-02-01
Filing date: 1992-02-01
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2012-02-02
Also published as: DE4202953A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Sägeblatt gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Herkömmliche Sägeblätter aus dem Stand der Technik bestehen im allgemeinen aus Metall bzw. Metallegierungen. In ihrer einfachsten Ausführungsform sind die Zähne integraler Be standteil der eigentlichen Sägeblattfläche. Die Schnittflä chen der Zähne sind lediglich angeschliffen.

Zur Verbesserung der Schneideigenschaften, insbesondere zur Vermeidung des Festklemmens des Sägeblattes im Schnittkanal, ist es seit langem bekannt, Sägezähne seitlich aus der Schnittebene herauszubiegen, so daß die Schnittflächen seitlich über die Sägeblattfläche hinausragen. Derart geformte Zähne werden als geschränkte Zähne bezeichnet. Ein derartiges Sägeblatt mit geschränkten Zähnen, welches einstückig aufgebaut ist, ist beispielsweise aus der DE-AS 10 03 944 bekanntgeworden, von der die Erfindung ausgeht.

Bei erhöhten Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich des zu schneidenden Materials, der Arbeitsgeschwindigkeit oder der Haltbarkeit des Sägeblatts, ist es erforderlich, die Zähne vollständig bzw. wenigstens im Bereich der Schnittflä chen zu verstärken.

Üblicherweise werden hierfür an das aus Stahl bestehende Sägeblatt angelötete oder angeschweißte Einsätze aus Hartme tall vorgesehen, die die gewünschten Festigkeitseigenschaf ten aufweisen. Häufig werden derartige Sägeblätter auch mit Schränkungen versehen.

Der Nachteil dieser hartmetallbestückten Sägeblätter besteht jedoch in dem hohen Anschaffungspreis, der durch das aufwen dige Fertigungsverfahren bedingt ist. Auch lassen sich nicht beliebige Zahnformen, insbesondere im Flankenbereich, reali sieren, wie dies im Hinblick auf ein optimales Schnittergeb nis wünschenswert wäre.

Es wurde deshalb auch schon in der DE-Z Werkzeuge 87/88 "Durch und durch hart; Kreissägeblätter aus Vollhartmetall" vorgeschlagen, Kreissägeblätter einstückig aus Hartmetall herzustellen. Hierzu wird Metallpulver unter hohem Druck in Formen gepreßt und zunächst bei Temperaturen von 800-1000°C vorgesintert. Danach werden die Preßlinge, die die Form von Ronden haben, mechanisch bearbeitet und im Anschluß daran fertiggesintert. Entscheidend hierbei ist demnach die mechanische Bearbeitung der Ronden, d. h. die Ausformung der Schneidflächen bzw. Zähne. Derartige Sägeblätter sind jedoch teuer, da das Herstellverfahren ein zweimaliges Sintern mit zwischengeschalteter mechanischer Bearbeitung erfordert. Auch sind damit keine Sägeblätter mit geschränkten Zähnen herstellbar, da es problematisch ist, derart dünne Ronden mit der erforderlichen Gleichmäßigkeit zu pressen, da lokale Materialanhäufungen des Metallpulvers durch den Preßvorgang nicht immer mit der erwünschten Zuverlässigkeit ausgeglichen werden können. Hierdurch entstehen Inhomogenitäten, insb. in Bereichen der geschränkten Zähne, die sehr rasch zum Bruch des Sägeblattes führen würden. Aus diesem Grund sind lediglich Sägeblätter dargestellt, die keine Schränkung aufweisen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Sägeblatt zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile nicht mehr aufweist.

Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Sägeblatt gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteil hafte Ausgestaltungen des Sägeblatts ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Problem wird weiterhin durch ein Verfahren gelöst, mit dessen Hilfe die Herstellung eines derartigen Sägeblatts möglich ist. Vorteilhafte Ausprägungen des Verfahrens erge ben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Sägeblatt komple xer Geometrie einstückig aus keramischem Material im Spritzgießverfahren herzustellen.

Hierfür geeignete Materialien sind ursprünglich aus der Porzellanherstellung bekannt. In jüngerer Zeit wurde Keramik in zunehmendem Maße auch in verschiedenen technischen Berei chen eingesetzt. So werden beispielsweise präzise Zahnräder, Sperräder, Spulenkörper oder sogar Gasturbinenschaufeln aus Keramik gefertigt. Auch ist bereits der Einsatz von Keramik als Schneidkeramik für bestimmte Anwendungsfälle bekannt. So wurde bereits in der DE-Z m+w 20/1990 - Fertigungstechnik 7 "4 Ideale Schneidstoffe" über die Herstellung von Wendeschneidplatten aus dem Hartstoff Cermet berichtet. Weiterhin wird in der DE-Z Technica 12/1990 "Schneidkeramik für die Hochleistungszerspanung" auf die Möglichkeit verwiesen, Dreh- und Fräswerkzeuge aus Schneidkeramik zu fertigen. In beiden Fällen handelt es sich allerdings um relativ dicke Werkzeuge, die einstückig gesintert werden. Auch in diesem Fall scheitert die Anwendung der daraus bekannten Technologie auf die Herstellung von geschränkten Sägeblättern daran, daß es nicht gelingt, den Werkstückrohlung ausreichend homogen zu pressen. Die Problematik ist unmittelbar vergleichbar mit der oben geschilderten Schwierigkeit im Zusammenhang mit dem Verpressen von Hartmetallpulver.

Erfindungsgemäß wird die beschriebene Problematik im Zusammenhang mit den beim Pressen der Grünlinge auftretenden Inhomogenitäten dadurch umgangen, daß das Sägeblatt im Spritzgießverfahren hergestellt ist. Das Spritzgießverfahren gewährleistet eine homogene Materialverteilung, so daß eine an sich beliebig komplexe Formgebung, und damit insbesondere die Gestaltung der Schränkung, möglich wird. Zugleich wird eine Formgebung des Grünlings in einer derartigen Präzision möglich, daß nach dem Durchlaufen des Sinterprozesses eine Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist und insbesondere auch die Schneidflächen keiner weiteren Behandlung bedürfen. Dies ist von besonderem Vorteil, da es bekannt ist, daß bei keramischen Werkstoffen einzelne Gefügekörner bei der Endbearbeitung vollständig herausbrechen oder einzelne Kornbruchstücke herausplatzen. Diese können zur Folge haben, daß Risse im Korn induziert werden, die die Kerbempfindlichkeit erheblich erhöhen.

Das erfindungsgemäße Sägeblatt wird nachstehend und unter Zuhilfenahme der Figuren näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Sägeblatt in seiner Ausgestaltung als Kreissägeblatt in Draufsicht,

Fig. 2 die Seitenansicht von Fig. 1,

Fig. 3 die Einzelheit Z aus Fig. 1,

Fig. 4 den Schnitt A-A in Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Sägeblatt 1 dargestellt, auf dessen Umfang eine Vielzahl von Zähnen 2 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt das Sägeblatt in Seitenansicht. Es besitzt die beiden Sägeblattflächen 11 und 12. Aus der Sägeblattfläche 11 erhebt sich am Übergang 4 der Einspannbereich 3.

Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die Einzelheit Z aus Fig. 1. Sie verdeutlicht die Gestaltung des Zahns, insbesondere die Zahnflanke 22.

In Fig. 4 ist schließlich der Schnitt A-A dargestellt und dient der Erläuterung der Schränkung der Zähne. Sie zeigt die Schnittfläche 20, die seitlich hinausragt und von der Kante 21 begrenzt wird.

Bildlich nicht darstellbar ist die Materialbeschaffenheit des Sägeblatts, das aus Keramik besteht.

Als besonders vorteilhaft haben sich Sägeblätter erwiesen, die aus einer sogenannten Oxydkeramik bestehen. Insbesondere trifft dies für Aluminiumoxyd (Al₂O₃) und Zirkonoxyd (ZrO₂) zu.

Aluminiumoxyd, vor allem solches mit hohem Reinheitsgrad (beispielsweise höher als 95 %) gibt dem Sägeblatt eine extrem hohe Verschleißfestigkeit.

Zirkonoxyd hingegen ist weniger verschleißfest, sorgt jedoch für eine hohe Elastizität des Sägeblatts.

Je nach Anwendungszweck und gewünschter Eigenschaft kann deshalb ein Sägeblatt aus Aluminiumoxyd oder Zirkonoxyd gewählt werden.

Es hat sich auch gezeigt, daß es möglich ist, beide Eigen schaften in der gewünschten Ausprägung dadurch zu erhalten, daß als Ausgangsmaterial Mischungen von Aluminium- und Zirkonoxyd eingesetzt werden. So können beliebige Mischungs verhältnisse zwischen 0 % und 100 % realisiert werden, die den gewünschten Eigenschaftsmix liefern. Besonders vorteil haft ist eine Mischung von 80 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd und 20 Gewichtsprozent Zirkonoxyd. Sie liefert ein ausgewo genes Verhalten hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Ela stizität.

Die erfindungsgemäßen Sägeblätter aus Keramik weisen auf grund des verwendeten Materials eine Dichte im Bereich zwischen 4 und 6 g/cm³ auf. Gegenüber herkömmlichen Sägeblättern aus Hartmetall, deren Dichte bei etwa 12 g/cm³ liegt, ergeben sich im Betrieb eine Reihe von Vorteilen.

Durch die Isoliereigenschaft des Keramikmaterials findet, kaum eine Erwärmung des Sägeblatts statt. Dies erhöht die Arbeitssicherheit, da Verbrennungen durch versehentliches Berühren des erhitzten Sägeblatts unmöglich sind. Auch ist die Gefahr des Anbackens von dem zu durchtrennenden Material am Sägeblatt ausgeschaltet. Eine zusätzliche thermische Belastung des Maschinenlagers und der Einspannung, wie sie sonst bei erhitzten Metallsägeblättern auftritt, ist nicht gegeben. Ein Ausglühen mit der Folge des Totalverlustes der Funktionsfähigkeit ist nicht denkbar.

Für den Fall eines Kreissägeblattes, das üblicherweise mit hohen Drehzahlen betrieben wird, ergeben sich geringere Fliehkräfte, die Gefahr eines Sägeblattbruchs ist erheblich geringer. Selbst im Fall eines Sägeblattbruchs besteht kaum Verletzungsgefahr. Auch treten weniger Unwuchtprobleme auf, die sich positiv auf die Lebensdauer des Maschinenlagers auswirken.

Durch die hohe Steifigkeit des Keramikmaterials treten auch geringere Schwingungen in Axialrichtung des Kreissägeblatts auf. Dies macht sich in einer gegenüber herkömmlichen Me tallsägeblättern reduzierten Geräuschentwicklung bemerkbar. Vor allem lassen sich präzisere Schnittkanten erzielen.

Bevorzugt wird die Zahnflanke 22 so gestaltet, daß sie ausgehend von der Kante 21 kontinuierlich abfallend in die Sägeblattfläche 11, 12 übergeht. Ein Klemmen des Sägeblatts im zu durchtrennenden Werkstoff wird damit weitgehend ausge schlossen. Auch läßt sich eine Kerbe, wie sie bei Metallsä geblättern mit Hartmetalleinsatz fast immer vorliegt, ver meiden, die Gefahr eines Zahnbruchs ist damit erheblich reduziert.

Das Haupteinsatzgebiet des erfindungsgemäßen Sägeblatts liegt in der Ausgestaltung als Kreissägeblatt. Dort lassen sich aufgrund des verwendeten Werkstoffs weitere Vorteile im Bereich der Formgebung erzielen. So kann der Einspannbereich 3 frei gestaltet werden. Besondere Bedeutung kommt dabei dem Übergang 4 zur äußeren Sägeblattfläche 12 zu. Zur Verminde rung der Bruchgefahr an der Übergangsstelle wird bevorzugt ein Kreisbogensegment vorgesehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Säge blatt als Stichsägeblatt ausgebildet.

Zur Herstellung derartiger Sägeblätter wird erfindungsgemäß das sogenannte Pulver-Spritzgießverfahren angewendet. Dieses Verfahren ist an sich schon seit langem bekannt und wird beispielsweise zur Herstellung von Isolationskörpern, Spu lenkörpern, Zahnrädern und dergleichen angewendet. Eine Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung von Sägeblät tern oder anderen spanabhebenden Werkzeugen ist jedoch nicht bekannt geworden.

In einem ersten Verfahrensschritt wird das Ausgangsmaterial erstellt. Es besteht im wesentlichen aus Keramik in Pulver form und einem Bindemittel. Beim Bindemittel handelt es sich um einen Füllstoff, der die Verarbeitung des Keramikpulvers im Spritzgießprozeß ermöglicht. Für die vorliegende Aufga benstellung hat sich ein Bindemittel in Form eines Polymers als besonders geeignet erwiesen. Bevorzugt wird ein organi sches Bindemittel auf Polyolefinbasis eingesetzt.

Der Füllstoffgehalt kann bei vorliegendem Verfahren 90 Gewichtsprozent und mehr erreichen, so daß es sich bei dem Ausgangsmaterial um ein sogenanntes hochgefülltes Thermo plast handelt.

Der nächste Schritt besteht aus einem Mischprozeß, bei dem das Keramikpulver und das Bindemittel zumeist mittels eines Kneters durchmischt werden. Zur Verbesserung der Homogenität ist ein weiterer Aufbereitungsschritt in der Spritzgießma schine möglich.

Nach dieser Aufbereitung wird das Ausgangsmaterial in der Spritzgießmaschine plastifiziert und in die eigentliche Form gepreßt. Das so erhaltene Zwischenprodukt wird als Grünling bezeichnet. Er besitzt nur eine geringe Festigkeit, für dessen Zusammenhalt das Bindemittel mit ausschlaggebend ist.

Im nächsten Verfahrensschritt wird das Bindemittel ausge trieben. Dies erfolgt thermisch und kann sich über einen längeren Zeitraum hinziehen. Die benötigte Zeit hängt davon ab, wie schnell die gasförmigen Zersetzungsprodukte aus dem Grünling abgeführt werden können.

In der letzten Prozeßstufe werden die Teile in einem Schutz gas- oder Sinterofen auf ihre Enddichte gesintert.

Nach Durchlaufen des Prozesses hat das Sägeblatt seine endgültige Form erreicht. Eine weitere Nachbearbeitung ist nicht erforderlich. Dies ist der Grund dafür, daß durch die Anwendung dieses Verfahrens die kostengünstige Fertigung großer Stückzahlen möglich ist.

Claims

1. Einstückiges Sägeblatt mit geschränkten Zähnen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Keramik besteht und im Spritzgießverfahren hergestellt ist.

2. Sägeblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Oxydkeramik ist.

3. Sägeblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydkeramik Aluminiumoxyd (Al₂O₃) ist.

4. Sägeblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydkeramik Zirkonoxyd (ZrO₂) ist.

5. Sägeblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydkeramik ein Gemisch aus Aluminiumoxyd und Zir konoxyd ist.

6. Sägeblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gewichtsbezogene Mischungsverhältnis von Aluminium oxyd zu Zirkonoxyd gleich 80 % zu 20 % beträgt.

7. Sägeblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der hinaus ragenden Kante (21) des Zahns (2) zur Sägeblattfläche (11, 12) in Form einer kontinuierlich verlaufenden Zahnflanke (22) gestaltet ist.

8. Sägeblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kreissägeblatt ist.

9. Sägeblatt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einspannbereich (3) und der äußeren Säge blattfläche (12) ein Übergang (4) vorgesehen ist, der die Form eines Kreisbogensegments hat.

10. Sägeblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Stichsägeblatt ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Sägeblatts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens folgende Verfahrensschritte durchlaufen werden:

a) Zusammenstellen des Ausgangsmaterials, bestehend im wesentlichen aus Keramikpulver und Bindemittel,
b) Mischen und Homogenisieren des Ausgangsmaterials,
c) Spritzgießen eines Grünlings,
d) Entfernen des Bindemittels aus dem Grünling,
e) Sintern.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein hochgefülltes Thermoplast verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein organisches Bindemittel auf Polyolefinbasis verwendet wird.